Academic literature on the topic 'Metallurgia delle polveri'

L'elaborato tratta lo studio di un processo produttivo di componenti in acciaio inossidabile austenitico 316L mediante metallurgia delle polveri. L'attività è stata svolta in collaborazione con l'azienda Sinteris S.P.A.(esperta di produzione di componenti sinterizzati). In particolare viene studiato l'effetto della de-lubrificazione dei componenti sia in aria che in azoto e la successiva sinterizzazione eseguita sottovuoto ad una temperatura di circa 1240°C. I componenti ottenuti sono poi stati testati dal punto di vista del loro comportamento a corrosione mediante prova in nebbia salina della durata di circa 300 ore.

La tecnologia MdP odierna risente di grosse limitazioni a causa di una inadeguata divulgazione, soprattutto a livello universitario, delle conoscenze sulle teorie dei processi e della progettazione di impianti ad essa legati. La conseguenza è l’accentramento del know-how all’interno delle aziende del settore (progettazione presse e impianti di sinterizzazione, sviluppo materie prime, progettazione stampi e cicli produttivi…) le quali, nel tempo, hanno creato al loro interno tecnici specializzati, laboratori di ricerca e sofisticati reparti R&D. Nonostante il risultato evidente oggi in Europa sia una buona preparazione tecnica da parte delle aziende operanti nel settore, la scarsa diffusione di conoscenze anche negli altri ambiti dell’ingegneria e della progettazione meccanica rende spesso difficile l’incontro tra due realtà che potrebbero invece aprire nuovi settori di produzione e/o il miglioramento di progetti noti. Questo lavoro è fondato sulla base di tali considerazioni e svolto interamente all’interno di una delle più importanti realtà industriali nazionali in questo campo: Sinteris S.p.A. (Bologna). Dopo una descrizione del processo classico, si passerà ad analizzare, tramite prove in laboratorio, il processo di calibratura di rotori pompa per circuiti lubrificanti in campo automotiv. Lo studio riguarda il rilievo e il confronto delle variazioni dimensionali ottenute a diverse percentuali di calibratura su rotori di diverse altezze (entro e oltre i limiti progettuali fino ad oggi realizzati in Sinteris) allo scopo di far luce sulle deformazioni plastiche che condizionano la conformità dei pezzi sinterizzati sottoposti a calibratura entro stampi rigidi di dimensioni note. Lo scopo ideale di questa ricerca è trovare una legge su base empirica che consenta all’Engineering di progettare stampi di calibratura e percentuali di schiacciamento che garantiscano, ad ogni montaggio, la conformità dimensionale di attuali e futuri progetti di pompe a lobi.

Attualmente, la maggior parte dei componenti meccanici in acciaio realizzati tramite metallurgia delle polveri utilizza polveri contenti nichel carbonile. Le polveri al nickel permettono di ottenere componenti con eccellenti proprietà di densità, tenacia e resistenza a fatica. Il nickel è però un elemento costoso e soggetto ad alte fluttuazioni di prezzo oltre ad essere cancerogeno, tanto che la sua manipolazione richiede l’implementazione di rigidi protocolli di sicurezza per la salute. I produttori di polveri, per tali ragioni, hanno messo a punto nuove formulazioni di polveri prive di nickel. L’utilizzo diffuso di queste è però frenato dalla mancanza di dati esaustivi sulle loro proprietà meccaniche e di esempi di applicazioni di successo nella produzione di componenti ad elevate prestazioni. Il progetto di ricerca NEWMAN, all’interno del quale si è sviluppata l’attività di tesi, punta ad incentivare l’utilizzo delle polveri prive di nickel. Per tale ragione sono state selezionate tre polveri diverse senza nichel: Astaloy 85Mo + 0.25C, Astaloy CrA + 0.25C and Astaloy CrA + 0.6C per valutarne il possibile utilizzo in sostituzione delle polveri con nichel. Con queste sono stati realizzati campioni che, dopo trattamento termico, sono stati caratterizzati. La caratterizzazione ha incluso, oltre a misure di densità e analisi microstrutturali, una completa caratterizzazione meccanica con prove di trazione, fatica, impatto e tribologiche. I risultati provano che le polveri prive di nickel, se accompagnate da una corretta ottimizzazione di processo e trattamento termico, possono sostituire le polveri contenenti Nichel o acciai tradizionali per la produzione di componenti ad alte prestazioni.

Lo scopo del presente elaborato è valutare un eventuale effetto benefico della pallinatura sulla resistenza a fatica di due acciai prodotti per metallurgia delle polveri: il K890, prodotto da Böhler e l’ASP2005, prodotto da Erasteel. Quest’attività si inserisce in un progetto volto a valutare l’idoneità di tali acciai innovativi ad essere impiegati per la realizzazione di componenti motore di moto da corsa, quali alberi a camme, in sostituzione dell’acciaio da nitrurazione GKHW, prodotto da Aubert&Duval con processo ESR (Electro slag remelting). Lo studio è stato svolto a valle di una sperimentazione condotta su provini intagliati degli stessi acciai e ha previsto: prove di fatica a flessione rotante, prove di trazione, prove di durezza, misura di tensioni residue, analisi microstrutturali e frattografiche. Sono stati testati provini in ASP2005, con durezza pari a 869 HV e in K890 di due diverse durezze, pari a 752 e 821 HV, tutti intagliati e pallinati. Entrambi i materiali hanno mostrato un effetto benefico della pallinatura sul comportamento a fatica; i risultati ottenuti sono stati impiegati al fine di valutare l’applicabilità di relazioni empiriche per la stima del coefficiente di concentrazione a fatica delle tensioni e della sensibilità all’intaglio di acciai ultra-alto resistenziali. È stato dimostrato che le relazioni tradizionali sovrastimano l’effetto dannoso dell’intaglio per questo tipo di acciaio nella condizione pallinata. È stato, inoltre, condotto uno studio per la modellazione del comportamento a fatica di provini intagliati con un coefficiente di concentrazioni delle tensione Kt=3 e in un secondo momento si è tentato di estendere il modello anche a provini con un Kt compreso fra 1 e 3. Queste analisi sperimentali sono precedute da un inquadramento generale delle funzioni e dei requisiti di un albero di distribuzione in ambito racing e da una trattazione circa i meccanismi di rottura per fatica in acciai ultra-alto resistenziali.

Lo scopo della presente ricerca è valutare l’idoneità dell’acciaio da utensili innovativo K890, prodotto da Böhler con metallurgia delle polveri, ad essere impiegato per la realizzazione di componenti motore di moto da corsa, quali alberi a camme e a gomiti, in sostituzione dell’acciaio da nitrurazione GKHW, prodotto da Aubert&Duval con processo ESR (Electro Slag Remelting). Lo studio è stato condotto a valle di una precedente sperimentazione condotta su provini non intagliati ed ha previsto l'esecuzione di prove di trazione e prove di fatica a flessione rotante con intaglio oltre a prove di durezza ed analisi microstrutturali e frattografiche. Sono stati testati due lotti di acciaio K890, aventi durezza di 752 e 821 HV rispettivamente. Durante i test di fatica il lotto in K890 a durezza maggiore ha mostrato un limite di fatica con intaglio superiore al GKHW nitrurato. I risultati ottenuti sui due lotti di K890 sono stati impiegati per valutare l’applicabilità di relazioni empiriche per la stima del coefficiente di concentrazione a fatica delle tensioni ad acciai ultra-alto resistenziali. E’ emerso che le relazioni più tradizionali sovrastimano l’effetto dell’intaglio per questa tipologia di acciaio. A conclusione dello studio, considerando l'esito delle stesse prove condotte sull'acciaio GKHW nitrurato attualmente in uso, si può affermare che l'acciaio K890 è un possibile candidato per la produzione di alberi in ambito racing. La disamina dei risultati sperimentali è preceduta da tre capitoli incentrati su un inquadramento teorico, derivanti da ricerche bibliografiche: il primo riporta un’introduzione al funzionamento ed alle caratteristiche degli alberi a camme e a gomiti; il secondo è relativo alle proprietà degli acciai da utensili tradizionali ed innovativi; infine il terzo riguarda una trattazione sul danneggiamento da fatica, con particolare riguardo all’effetto dell’intaglio ed alle caratteristiche del fenomeno negli acciai ultra-alto resistenziali.